(57)【要約】  燃料電池システムは、水素ガスを燃料として発電する燃料電池と、燃料電池で発生する熱を貯める蓄熱部である貯湯槽と、制御部とを有する。制御部は燃料電池システムのメンテナンスに関する処理を行うメンテナンス処理部を含む。メンテナンス処理部は、メンテナンスに関する情報に基づき、メンテナンスに先立って、メンテナンス期間中の消費熱量分以上の熱量を貯湯槽で貯めるように燃料電池システムを制御する。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
水素ガスを燃料として発電する燃料電池と、
前記燃料電池で発生する熱を貯める蓄熱部と、を備えた燃料電池システムであって、
前記燃料電池システムのメンテナンスに関する処理を行うメンテナンス処理部を含む制御部をさらに備え、
前記メンテナンス処理部は、前記メンテナンスに関する情報に基づき、前記メンテナンスに先立って、前記メンテナンスの期間中に消費される熱量分以上の熱量を前記蓄熱部で貯めるように前記燃料電池システムを制御する、
燃料電池システム。
【請求項２】
前記メンテナンスに関する情報は、前記メンテナンスの時期を示すメンテナンス時期情報と、前記メンテナンスの所要時間を示すメンテナンス所要時間情報とを含み、
前記メンテナンス処理部は、
前記メンテナンス所要時間情報に基づき、前記メンテナンスの前記期間中に前記蓄熱部で貯める熱量を算出し、
前記メンテナンス時期情報に基づき、前記メンテナンスに先立って、算出した前記熱量を前記蓄熱部で貯めるように制御する前置処理を実行する、
請求項１記載の燃料電池システム。
【請求項３】
前記メンテナンス処理部は、前記燃料電池を運転動作させることによって、前記前置処理を実行する、
請求項２記載の燃料電池システム。
【請求項４】
前記蓄熱部は、熱を供給する熱供給部を有し、
前記メンテナンス処理部は、前記熱供給部を運転動作させることによって、前記前置処理を実行する、
請求項２記載の燃料電池システム。
【請求項５】
前記熱供給部は、ヒートポンプ、電気ヒータおよびガス燃焼器のいずれかである、
請求項４記載の燃料電池システム。
【請求項６】
前記メンテナンス処理部は、前記メンテナンスの期間中の消費熱量を予測処理により算出し、予測した前記消費熱量に基づき、前記前置処理における前記熱量を決定する、
請求項２記載の燃料電池システム。
【請求項７】
前記メンテナンス処理部は、算出した前記メンテナンスの期間中の前記消費熱量から、さらに前記消費熱量に相当する熱量を発生させるために要する運転時間を算出し、前記メンテナンスの時期のメンテナンス開始時刻から前記運転時間を逆算した時刻に、前記前置処理を開始する、
請求項６記載の燃料電池システム。
【請求項８】
前記メンテナンス処理部は、前記燃料電池の運転実績に基づく推定処理によりメンテナンスの時期を算出する、
請求項１記載の燃料電池システム。
【請求項９】
前記メンテナンス処理部は、前記燃料電池での原料ガスの使用量に基づく推定処理によりメンテナンスの時期を算出する、
請求項８記載の燃料電池システム。
【請求項１０】
前記メンテナンス処理部は、前記燃料電池での空気の使用量に基づく推定処理によりメンテナンスの時期を算出する、
請求項８記載の燃料電池システム。
【請求項１１】
前記メンテナンス処理部は、前記燃料電池での市水の使用量に基づく推定処理により前記メンテナンスの時期を算出する、
請求項８記載の燃料電池システム。
【請求項１２】
通知情報を通知する通知部をさらに備え、
前記メンテナンス処理部は、前記メンテナンスに関する情報に基づいて、前記メンテナンスに先立ち、前記蓄熱部で前記熱量を貯めるとともに、前記通知部から前記メンテナンスに関する前記通知情報を出力するように制御する、
請求項１記載の燃料電池システム。
【請求項１３】
前記メンテナンス処理部は、ディスプレイが文字またはグラフィック情報を画像に重ねて表示可能な画像出力を出力可能であり、
前記メンテナンス処理部は、前記メンテナンスに関する情報に基づき、前記メンテナンスに先立ち、前記メンテナンスに関する通知情報を前記画像出力により出力する、
請求項１記載の燃料電池システム。
【請求項１４】
前記メンテナンス処理部は前記画像出力を、放送用信号として出力するか、またはインターネットを介して送る信号として出力する、
請求項１３記載の燃料電池システム。
【請求項１５】
前記メンテナンス処理部はインターネットを介してメンテナンス業者と接続され、前記メンテナンス業者から前記メンテナンスの時期および前記メンテナンスの見込み期間を含む情報を前記メンテナンスに関する情報として取得する、
請求項１記載の燃料電池システム。
【請求項１６】
前記燃料電池の直流出力を交流出力に変換するインバータと、
前記燃料電池で発電した電力を蓄える蓄電部と、
前記燃料電池で発電した電力を前記蓄電部と前記インバータとに分配する分配器と、をさらに備え、
前記メンテナンス処理部は、前記メンテナンスに関する情報に基づき、前記メンテナンスに先立ち、前記メンテナンスの期間中に消費される電力量以上の電力量を前記蓄電部に蓄えるよう前記分配器を制御する、
請求項１記載の燃料電池システム。
【請求項１７】
原料を改質して水素ガスを発生させる燃料処理機をさらに備えた、
請求項１記載の燃料電池システム。
【請求項１８】
前記メンテナンス処理部は、前記燃料処理機のメンテナンスに関する処理を行う、
請求項１７記載の燃料電池システム。
【請求項１９】
請求項１記載の燃料電池システムと、
前記燃料電池の直流出力を交流出力に変換するインバータと、
前記インバータで変換された交流出力と商用交流ラインとを切り替えて交流電力を出力するスイッチと、
前記スイッチを制御する給電制御装置と、を備えた、
給電制御システム。
【請求項２０】
前記燃料電池で発電した電力を蓄える蓄電部と、
前記燃料電池で発電した電力を前記蓄電部と前記インバータとに分配する分配器と、をさらに備え、
前記給電制御装置は、前記メンテナンスに関する情報に基づき、前記メンテナンスに先立ち、前記メンテナンスの期間中に消費される電力量以上の電力量を前記蓄電部に蓄えるよう前記分配器を制御する、
請求項１９記載の給電制御システム。
【請求項２１】
前記給電制御装置は、前記蓄電部の残留蓄電量が第１値以下になった場合に、商用交流ラインの交流電力を出力するよう前記スイッチを制御する、
請求項１９記載の給電制御システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料を用いて発電を行うとともに、発電により生じた熱を蓄熱部に蓄える燃料電池システムと、それを用いた給電制御システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池システムに用いる燃料電池は、水素ガスと空気中の酸素との化学反応により発電する。発電時に発生する水は回収され、イオン交換樹脂等を用いて不純物が除去され、燃料電池の運転に再利用される。また、発電に用いる空気は、空気フィルタでほこり等の不純物を除去して、燃料電池に供給される。また、水素ガスの供給は、一般的にインフラとして整備されていないので、天然ガスやＬＰＧ等の燃料を水と改質反応させて発生させた水素ガスが用いられることが多い。この改質に用いられる触媒の活性は、燃料中の硫黄分により被毒されて低下するため、燃料中の硫黄分をきわめて低いレベルまで除去する必要がある。このため、燃料電池システムには、例えば、脱硫剤を含む脱硫器が設けられ、燃料中の硫黄分は脱硫剤に吸着や収着されて除去されている。【０００３】
また、イオン交換樹脂は、所定量のイオンを除去すると、それ以上のイオンを処理できなくなる。空気フィルタも、所定量の不純物を除去すると、それ以上の不純物を処理できなくなる。脱硫器も、所定量の硫黄化合物が脱硫剤に吸着や収着すると、それ以上の硫黄分を処理できなくなる。このため、燃料電池システムでは、脱硫剤を交換するなどのメンテナンス作業を定期的に行う必要がある。ところが、例えば脱硫剤の交換時期は、燃料電池システムの使用条件などによって大きく変化するため、適切な交換時期をあらかじめ知ることは難しい。【０００４】
このような理由より、従来、脱硫剤などの交換時期を予測して、交換時期を燃料電池のユーザやメンテナンス業者に通知し、これによって、適切なタイミングでの交換を可能とし、燃料電池の運転効率の低下を防止する技術が提案されている（例えば、特許文献１参照）。また、イオン交換樹脂の負担を軽くするため、水に残留する金属を磁力により収集し、隔離後に排出する技術が提案されている（例えば、特許文献２参照）。【０００５】
しかしながら、イオン交換樹脂、空気フィルタ、脱硫器等は、運転時間の経過にともなって、メンテナンスする必要がある。そのため、特許文献１のように単に交換時期を通知するのみでは、ユーザにとって次のような不都合が生じる。すなわち、脱硫剤交換などのメンテナンス作業を行う場合、燃料電池の動作をメンテナンス作業中は停止させる必要がある。一方、燃料電池システムは、例えば深夜時間帯に運転させるなどスケジュールに基づき運転されている。そのため、ユーザは、日常、運転操作をあまり意識しない状態で燃料電池システムを利用している。したがって、特許文献１のような手法により、ユーザがメンテナンス作業の日時などを認識しても、ユーザは、メンテナンス作業に備える操作にまでは気づきにくい。具体的な例として、メンテナンス作業中は燃料電池システムを停止させるため、この作業期間中に、蓄熱のための貯湯槽の湯を多量に使用すると湯切れを起こす。しかしながら、ユーザはメンテナンス作業中の湯切れまで気がつかない。そのため、メンテナンスによる不便が生じる可能性が高い。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００８−１４０６２２号公報
【特許文献２】特開２００７−２０７６１９号公報
【発明の概要】
【０００７】
本発明は、燃料電池システムのユーザに対する利便性を向上した燃料電池システムとそれを用いた給電制御システムである。本発明の燃料電池システムは、水素ガスを燃料として発電する燃料電池と、燃料電池で発生する熱を貯める蓄熱部と、燃料電池システムのメンテナンスに関する処理を行うメンテナンス処理部を含む制御部とを有する。メンテナンス処理部は、メンテナンスに関する情報に基づき、メンテナンスに先立って、メンテナンス期間中に消費する熱量分以上の熱量を蓄熱部で貯めるように制御する。
【０００８】
本発明の燃料電池システムでは、メンテナンス処理部がメンテナンスに関する情報に基づいて蓄熱部で貯める熱量を制御する。そのため、メンテナンス作業前に、メンテナンス期間中に消費する熱量分以上の熱量を貯めておくことができる。このため、メンテナンス期間中の湯切れの発生を回避できる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】図１は本発明の実施の形態１における給電制御システムの構成図である。
【図２】図２は本発明の実施の形態１における燃料電池システムの構成図である。
【図３】図３は図２に示す燃料電池システムの燃料処理機の構成図である。
【図４】図４は図２に示す燃料電池システムの要部を示す構成図である。
【図５】図５は図２に示す燃料電池システムの他の構成の要部を示す構成図である。
【図６】図６は本発明の実施の形態１における他の燃料電池システムの構成図である。
【図７】図７は本発明の実施の形態２における燃料電池システムの構成図である。
【図８】図８は図７に示す燃料電池システムの要部を示す構成図である。
【図９】図９は図８に示す燃料電池システムのメンテナンス通知処理部による通知情報の表示例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、本発明は、本明細書に記載された基本的な特徴に基づく限り、以下に記載の内容に限定されるものではない。
【００１１】
（実施の形態１）
図１は本発明の実施の形態１における給電制御システムの構成図である。図２は、本発明の実施の形態１における燃料電池システムの構成図であり、この燃料電池システムは図１の給電制御システムに組み込まれる。また、図３は本発明の実施の形態１における燃料電池システムの燃料処理機の構成図である。
【００１２】
図１に示すように、この給電制御システムは、燃料電池システム７０と、燃料電池システム７０の出力と商用交流ライン７２とを切り替えて交流電力を出力するスイッチ７６と、スイッチ７６を制御する給電制御装置７４とを有する。スイッチ７６は交流を電源として利用する電気製品などの負荷７８へ直接または間接に給電する。
【００１３】
図２に示すように、燃料電池システム７０は、燃料処理機２と燃料電池３と制御部５と熱交換機７と貯湯槽９とインバータ１０とを有する。燃料電池システム７０では、燃料電池３の直流出力をインバータ１０が交流出力に変換する。図１に示すスイッチ７６にはインバータ１０で変換された交流出力と商用交流ライン７２からの交流電力が入力される。
【００１４】
燃料処理機２は、水蒸気や空気を用いて天然ガスやＬＰＧなどの原料（原料ガス）を処理し、水素ガスを主体とする燃料ガスを発生する。すなわち、燃料処理機２は原料を改質して水素ガスを発生させる。燃料電池３はこの水素ガスを燃料とし、空気を用いて発電する。本実施の形態において、燃料電池３は固体高分子の薄膜を電解質として用いた固体高分子型燃料電池である。
【００１５】
水素ガスは燃料電池３の燃料極（図示せず）に供給され、燃料電池３内での発電に係る反応によって消費される。ただし、燃料電池３は燃料ガス中の水素ガスを全て消費して発電に用いることはできないため、供給された水素ガスの内、約２０％が二酸化炭素とともに排ガスＡとして排出される。排ガスＡは燃料処理機２で、図３に示す改質部２５の加熱に利用される。
【００１６】
一方、酸化剤である酸素ガスを含む空気は、燃料電池３の空気極（図示せず）に供給される。酸素は燃料電池３内での発電に係る反応によって燃料極に供給された水素ガスと反応して水になる。この水由来の水蒸気と、未反応の酸素ガスや反応しない窒素ガスなどが排ガスＢとして排出される。
【００１７】
貯湯槽９は、供給された市水を熱交換機７の熱によって加熱し、加熱された水（湯）を貯める。このように、燃料電池３で発電する際に発生する熱は、蓄熱部である貯湯槽９に加熱された水（湯）として蓄熱される。貯湯槽９に蓄えられた貯湯水は、例えば暖房や給湯などに利用される。
【００１８】
また、制御部５は、燃料電池システム７０内の運転管理や各種の制御などを行うために設けられている。例えば、制御部５は熱交換機７と燃料電池３との間で冷媒（例えば、水）が循環するように図示しないポンプの運転や弁を制御する。制御部５はこのような運転動作を制御する運転処理部５１を有しており、燃料電池３の温度を適切に制御している。
【００１９】
燃料電池３で発電された電力は、インバータ１０とスイッチ７６を介して負荷７８に供給される。
【００２０】
さらに、制御部５は、燃料電池システム７０のメンテナンスに関する処理を行うメンテナンス処理部５２を含む。特に、燃料電池システム７０では、メンテナンス処理部５２を有することを特徴としている。メンテナンス処理部５２は燃料電池システム７０のメンテナンスに関する情報に基づき、メンテナンスに先立って、メンテナンス期間中に消費される熱量分以上の熱量を貯湯槽９で貯めるように燃料電池システム７０の各部を制御する。
【００２１】
次に、図３を参照しながら燃料処理機２の構成を説明する。燃料処理機２は、純水器１３と水蒸気生成器１５と脱硫部２１と第１混合部２３と改質部２５と変成部２７と選択酸化部２９と第２混合部３１と空気フィルタ３３とを有する。
【００２２】
燃料処理機２に供給される水は、純水器１３のイオン交換樹脂などでイオン変換され、この水が水蒸気生成器１５により水蒸気に変換される。
【００２３】
脱硫部２１は原料ガスに含まれ、燃料電池３の触媒を被毒する硫黄化合物（例えば、硫黄系付臭成分）を除去する。第１混合部２３は脱硫部２１で脱硫した原料ガスと水蒸気生成器１５からの水蒸気とを所定の割合で混合する。混合後のガスは改質部２５で６５０〜７００℃を目安に加熱されて、（１）式の反応によって原料ガスに含まれるメタンが水素ガスと二酸化炭素になる。この反応は一般に改質反応と呼ばれる。しかしながらこの反応と並行して（２）式の反応が起き、同時に一酸化炭素が発生する。
【００２４】
【化１】
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【００２５】
【化２】
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【００２６】
一般的に一酸化炭素は反応生成ガスに１０〜１５％含まれ、燃料電池３の燃料極の触媒を被毒するため、除去する必要がある。そのため、反応生成ガスは変成部２７に送られ、水蒸気と一酸化炭素が１６０〜２５０℃で反応し、（３）式の反応によって水素ガスと二酸化炭素とが生成する。この段階で一酸化炭素濃度は約０．５％まで低減される。（３）式は変成反応あるいはＣＯシフト反応と呼ばれる。
【００２７】
【化３】
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【００２８】
この処理ガスは、さらに選択酸化部２９に送られ、空気中の酸素と１５０〜２００℃で反応し、（４）式の反応によって二酸化炭素が生成される。このようにして、一酸化炭素濃度は約１０ｐｐｍまで低減される。（４）式は選択酸化反応と呼ばれる。なお、選択酸化部２９には、一酸化炭素を酸化させる酸素量の当量を１とし、その２〜４倍となるように、改質部２５に送られる原料ガスの量を基準にしてあらかじめ設定された空気が送られる。
【００２９】
【化４】
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【００３０】
さらに、一酸化炭素濃度が増加した場合に備えて、第２混合部３１が設けられている。第２混合部３１は選択酸化部２９で処理されたガスに酸素を含む空気を混合する。これによって燃料ガス中の酸素濃度を増加させ、一酸化炭素による燃料電池３の燃料極触媒の被毒を抑制する。また、空気フィルタ３３は不純物を除去するために設けており、不純物が除去された空気が選択酸化部２９や第２混合部３１に供給される。
【００３１】
燃料電池システム７０は、以上のように構成されており、燃料電池３により発電される電力だけでなく、発電の際に発生する熱をも利用して高いエネルギー効率を達成している。
【００３２】
脱硫部２１には、脱硫を行うために脱硫剤を含めた脱硫器が設けられている。この脱硫器の脱硫剤に硫黄分を吸着や収着させることで脱硫が行われる。そして、吸着による硫黄分の蓄積量が増加してくると吸着能力が低下する。このような状態になると、脱硫器を交換する必要がある。また、純水器１３が含むイオン交換樹脂や空気フィルタ３３も同様、使用時間の増加にともなって処理能力が低下する。その場合、イオン交換樹脂や空気フィルタ３３も交換する必要がある。このため、燃料電池システム７０には、このような交換作業などを含むメンテナンス作業が必要である。メンテナンス作業は、一般に、メンテナンス業者などによって交換を予測した時期などに実施される。
【００３３】
燃料電池システム７０では、メンテナンス作業を不都合なく円滑に実施するため、制御部５が、メンテナンスに関する処理を行うメンテナンス処理部５２を有している。すなわち、メンテナンス作業を行う場合、燃料電池システム７０の動作を停止させる必要がある。このため、例えば、メンテナンス作業前の貯湯槽９の貯湯が少なかったりした場合、湯切れを起こす可能性がある。燃料電池システム７０は、制御部５にメンテナンス処理部５２を有することで、このような不都合を抑制している。このようにメンテナンス処理部５２は、燃料処理機２のメンテナンスに関する処理を行う。
【００３４】
次に、メンテナンス処理部５２によるメンテナンス処理の詳細について説明する。図４は、このような制御部５を含む本実施の形態における燃料電池システムの要部を示す構成図である。
【００３５】
制御部５は、運転処理部５１とメンテナンス処理部５２とを有している。なお、制御部５は、例えばマイクロコンピュータなどのプロセッサを利用した構成が好適であり、以下、マイクロコンピュータが各処理や制御を実行する例を用いて説明する。なお、制御部５は、マイクロコンピュータ以外のハードウェアで構成してもよい。これについては給電制御装置７４についても同様である。
【００３６】
運転処理部５１は、燃料処理機２および燃料電池３の運転動作などに関する処理や制御を実行する。
【００３７】
メンテナンス処理部５２は、燃料電池システム７０のメンテナンスに関する情報であるメンテナンス情報を用いて、メンテナンスに関する処理を行う。このような処理を実行するため、メンテナンス処理部５２は、メンテナンス管理部５２１、前置処理量算出部５２２およびメンテナンス前置処理部５２３を有している。
【００３８】
メンテナンス管理部５２１は、メンテナンス処理部５２内の動作を管理するとともに、メンテナンス情報を記憶し、管理している。メンテナンス情報としては、例えば「脱硫部の交換」というようにメンテナンスの対象項目などを示すメンテナンス項目情報、メンテナンスの時期を示すメンテナンス時期情報、メンテナンスの作業に要する時間を示すメンテナンス所要時間情報などが含まれる。
【００３９】
このようなメンテナンス情報は、例えば、燃料電池システム７０を設置したとき、第１回目のメンテナンス予定時期としてメンテナンス管理部５２１に記録される。また、メンテナンスの作業が行われるごとに、次のメンテナンス予定時期として更新され、メンテナンス管理部５２１に記録される。メンテナンス情報の記録は、メンテナンス時などに、例えばメンテナンス業者により設定される。また、例えば、燃料電池システム７０がインターネットのようなネットワーク接続されている場合、ネットワーク経由でメンテナンス管理部５２１に設定されるような構成であってもよい。すなわち、この構成では、メンテナンス処理部５２はインターネットを介してメンテナンス業者と接続され、メンテナンス業者からメンテナンスの時期およびメンテナンスの見込み期間を含む情報をメンテナンスに関する情報として取得する。メンテナンス管理部５２１は、このようなメンテナンス情報の管理とともに、メンテナンス情報に基づき、メンテナンス処理部５２の各部を制御する。このような制御によって、メンテナンス作業に備えて貯湯槽９で貯める熱量を制御するメンテナンス処理が実行される。
【００４０】
このようなメンテナンス処理は、次のようにして実行される。まず、メンテナンス管理部５２１は、メンテナンス時期情報に基づき、メンテナンス時期よりも所定の日時分だけ先立つ日時となったかどうかを判定する。具体的には、例えば、メンテナンス時期の前日となったかを判定する。メンテナンス管理部５２１は、メンテナンス時期よりも所定の日時分だけ先立つ日時となったと判定すると、メンテナンス処理を実行するように、前置処理量算出部５２２およびメンテナンス前置処理部５２３を制御する。
【００４１】
前置処理量算出部５２２は、熱交換機７が貯湯槽９に供給した熱量を図示しない温度測定器や積算器等を用いて計測するとともに、図示しない流量計を用いて貯湯槽９の消費熱量も計測している。これらの計測に基づき前置処理量算出部５２２は熱量の使用実績などを記憶している。ここで、メンテナンス処理が開始されると、前置処理量算出部５２２は、過去の消費熱量の実績とメンテナンス情報に含まれるメンテナンス所要時間情報とに基づき、メンテナンスの期間中の予測される消費熱量を予測処理により算出する。例えば、メンテナンス作業が昼間に行われる場合、前置処理量算出部５２２は昼間に消費される時間当たりの消費熱量に、メンテナンス作業が実施される時間を乗算することで、メンテナンスの期間中の予測消費熱量を算出する。算出した消費熱量は、メンテナンス前置処理部５２３に通知される。
【００４２】
メンテナンス前置処理部５２３は、前置処理量算出部５２２で算出した消費熱量に基づき、メンテナンス作業に先立って貯湯槽９で貯める熱量を決定する。そして、メンテナンス前置処理部５２３は、メンテナンス作業が実施される前に、次のようなメンテナンス作業に先立つ前置処理を実行する。まず、メンテナンス前置処理部５２３は、決定した熱量が貯湯槽９に貯められるように運転処理部５１に通知する。運転処理部５１は、この通知に応答して、メンテナンス作業実施の前に燃料電池３を運転動作させる。
【００４３】
このように、メンテナンス処理部５２は、メンテナンスに関する情報に基づいて、貯湯槽９で貯める熱量を制御している。すなわち、メンテナンス処理部５２は、メンテナンス所要時間情報に基づきメンテナンス期間中に貯湯槽で貯める熱量を算出し、メンテナンス時期情報に基づきメンテナンスに先立って、算出した熱量を貯湯槽９で貯めるように制御する。メンテナンス処理部５２がこのような処理を実行することにより、メンテナンスに先立って、メンテナンス作業中に消費される熱量を貯めておくことができ、メンテナンス作業中の湯切れを回避することができる。
【００４４】
なお、メンテナンス前置処理部５２３が燃料電池３を運転動作させるタイミングとしては、次のようにすればよい。１つの例として、まず、前置処理量算出部５２２がメンテナンスの期間中の消費熱量を算出するとともに、算出した消費熱量に相当する熱量を発生させるための燃料電池３の運転時間を算出する。メンテナンス前置処理部５２３は、メンテナンス情報に含まれるメンテナンス開始時刻から前置処理量算出部５２２が算出した運転時間を逆算し、この逆算した時刻である前置処理開始時刻を算出する。そして、メンテナンス前置処理部５２３は、前置処理開始時刻に燃料電池３を運転動作させる。なお、メンテナンス作業に備えて余裕を持たせるため、前置処理開始時刻は、逆算により求めた時刻に余裕分の時間を加えた時刻としてもよい。このような処理を実行することにより、メンテナンス作業開始前に、適切な熱量をあらかじめ自動的に貯めておくことができる。
【００４５】
なお、以上の説明では、メンテナンス前置処理部５２３が前置処理開始時刻に燃料電池３を運転動作させるような構成例を挙げて説明したが、これに代えて次のような構成としてもよい。すなわち、まず、ヒートポンプ、電気ヒータあるいはガス燃焼器などの熱を供給する熱供給部を有するように貯湯槽９を構成する。そして、メンテナンス前置処理部５２３は、燃料電池３の動作だけでは十分に蓄熱できない場合、前置処理開始時刻に熱供給部を運転動作させる。このような構成とすることによっても、メンテナンス作業の影響を受けることなく湯切れを回避することができる。
【００４６】
また、以上の説明では、メンテナンス時期情報がメンテナンス管理部５２１で単に記憶管理された情報として説明したが、燃料電池３の運転実績に基づく推定処理により算出した時期の情報であってもよい。図５は、メンテナンス処理部５２において、メンテナンス時期を予測する構成も有する本実施の形態の他の例を示す構成図である。
【００４７】
運転情報収集部５２４は、燃料電池３の運転に関する情報である運転情報を収集する。すなわち、運転処理部５１は、燃料処理機２や燃料電池３の各種動作に関する処理を行いながら、例えば図示しないセンサなどを利用して、運転時の原料ガス、市水や空気の使用量を計測する。運転処理部５１がこのように計測したデータなどを運転情報収集部５２４は、運転情報として収集し、記憶する。具体的な例を挙げると、例えば燃料処理機２において原料ガスが使用されるごとに、運転処理部５１は原料ガスの使用量を計測し、この使用量が運転情報として運転情報収集部５２４に通知され、記憶される。
【００４８】
メンテナンス時期予測部５２５は、運転情報収集部５２４が記憶する運転情報を用いて、メンテナンスの時期を予測する。具体的には、メンテナンス時期予測部５２５は、例えば原料ガスの使用量に基づき脱硫部２１で生じる硫黄分の吸着量、およびその累積量を推定する。このように、メンテナンス時期予測部５２５は、まず、燃料処理機２の運転実績を推定する処理を行う。また、メンテナンス時期予測部５２５は、脱硫部２１に備えた脱硫剤の基準脱硫量を記憶している。ここで、基準脱硫量は、脱硫剤の脱硫処理能力、すなわち脱硫剤に吸着した硫黄分の限界量を示す量である。そして、メンテナンス時期予測部５２５は、推定した累積量が基準脱硫量を超えた場合に、メンテナンス時期が近づいたと判定する。すなわち、メンテナンス時期予測部５２５は、燃料処理機２の運転実績に基づく推定処理によりメンテナンス時期を予測、算出し、メンテナンス時期情報としてメンテナンス管理部５２１に通知する。
【００４９】
また、同様に、メンテナンス時期予測部５２５は、純水器１３の運転状況、例えば、燃料電池システムでの市水の利用量に基づき、純水器１３に備えたイオン交換樹脂などのメンテナンス時期を予測してもよい。空気フィルタ３３での空気の利用量に基づき、空気フィルタ３３に用いられたフィルタのメンテナンス時期を予測してもよい。そして、メンテナンス管理部５２１は、メンテナンス時期予測部５２５で生成されたメンテナンス時期情報に基づき、メンテナンス処理を実行するかどうかを判定する。以上のように、メンテナンス時期などを予測し、予測に基づくメンテナンス情報を用いてメンテナンス処理を実行するような構成としてもよい。
【００５０】
また、以上の説明では、メンテナンス作業が実施される前に所望の熱量を貯湯槽９に貯める例を挙げて説明したが、所望の電力も貯めておくような構成も可能である。図６は、所望の電力も貯める構成とした燃料電池システムの構成図である。燃料電池システム７０Ａは図３に示す燃料電池システム７０に加え、蓄電部１１と分配器１２とをさらに有する。蓄電部１１は燃料電池３で発電した電力を蓄える。分配器１２は燃料電池３で発電した電力を蓄電部１１とインバータ１０とに分配する。
【００５１】
すなわち、燃料電池システム７０Ａは燃料電池３で発電された電力に対し、余った電力を貯める蓄電部１１を有する。そして、前置処理量算出部５２２がメンテナンスの期間中の消費電力量を予測、算出し、算出した消費電力量に基づき、メンテナンスに先立って蓄電部１１で貯める電力量を決定する。さらに、前置処理量算出部５２２は、決定した電力量が蓄電部１１に貯められるように運転処理部５１に通知し、燃料電池システム７０Ａを運転動作させる。また、メンテナンス作業前に貯湯槽９に貯める熱量と、蓄電部１１に貯める電力量とに基づき、燃料電池システムを運転動作させる構成であってもよい。このように、メンテナンス処理部５２は、メンテナンスに関する情報に基づき、メンテナンスに先立ち、メンテナンスの期間中に消費される電力量以上の電力量を蓄電部１１に蓄えるよう分配器１２を制御する。以上のように構成することで、メンテナンス作業時の電力不足を回避することができる。
【００５２】
また、以上の説明では、燃料処理機２が備える脱硫部２１の脱硫器、純水器１３のイオン交換樹脂および空気フィルタ３３をメンテナンスする例を挙げて説明した。それ以外に例えば燃料電池システム７０、７０Ａの定期的なメンテナンスなどを含み、メンテナンス処理部５２が燃料電池システム７０、７０Ａ全体のメンテナンスに関する処理を行う構成であってもよい。
【００５３】
（実施の形態２）
図７は、本発明の実施の形態２における燃料電池システムの構成図である。また、図８は、本発明の実施の形態２における燃料電池システムの要部を示す構成図である。実施の形態１と同じ構成要素については同一の符号を付しており詳細な説明は省略する。
【００５４】
図７に示すように、燃料電池システム７０Ｂは、ユーザインタフェースとしてのユーザ操作部６を有する。ユーザ操作部６は、制御部５に接続されており、ユーザは、ユーザ操作部６を介して燃料電池システム７０Ｂの情報通知を受け取ったり、所望の操作を行ったりする。
【００５５】
また、図８に示すように、制御部５は、ユーザ操作処理部５３を有している。ユーザ操作処理部５３は、ユーザ操作部６とデータ伝送が可能なように接続されており、制御部５内の情報をユーザ操作部６に伝送したり、ユーザ操作部６を操作した操作情報を受け取ったりする。また、ユーザ操作部６は、ユーザ操作処理部５３から受け取った情報をユーザに通知する通知情報として表示するための表示部６１や、通知情報として音声出力する音声部６３を有している。さらに、ユーザがキー操作などをするためのキー入力部６２を有し、キー操作に応じた操作情報がユーザ操作処理部５３に伝送される。なお、表示部６１や音声部６３は、ユーザに通知情報を通知する通知部として機能する。
【００５６】
メンテナンス処理部５２において、メンテナンス管理部５２１がメンテナンス時期の到来を判定し、メンテナンス処理が開始されると次のような処理が実行される。
【００５７】
メンテナンス管理部５２１は、実施の形態１で説明したようにメンテナンスに先立ってメンテナンス前置処理を実行するとともに、メンテナンスに関する事項を通知するようにメンテナンス通知処理部５２７に指示する。メンテナンス通知処理部５２７は、この指示に応じて、ユーザ操作部６を介してユーザにメンテナンスに関する通知情報を通知する処理を実行する。すなわち、メンテナンス通知処理部５２７は、メンテナンス管理部５２１からメンテナンス情報を受け取り、このメンテナンス情報をユーザ操作処理部５３に伝送する。
【００５８】
ユーザ操作処理部５３は、受け取ったメンテナンス情報を通知情報に変換してユーザ操作部６に伝送する。これによって、ユーザ操作部６の表示部６１にメンテナンス情報に基づく文字や記号などが表示される。なお、ユーザに通知情報を通知する手段として、音声部６３からの音声により通知してもよく、また、表示部６１の文字表示などとともに音声通知してもよい。すなわち、メンテナンス通知処理部５２７からの指令で、メンテナンス処理部５２が音声や警告音の発生を音声部６３から通知してもよい。すなわち、表示部６１や音声部６３は通知情報を通知する通知部である。
【００５９】
さらに、メンテナンス通知処理部５２７は、メンテナンスに関する事項の通知とともに、メンテナンス作業における注意事項の通知を実行する。すなわち、メンテナンス作業前に上述のようなメンテナンス前置処理が行われる。このため、メンテナンス通知処理部５２７は、メンテナンス通知ととともに、メンテナンス前置処理に関する通知情報を通知するように、ユーザ操作処理部５３を介してユーザ操作部６を制御する。
【００６０】
図９は、メンテナンス通知処理部５２７による通知情報の表示例を示す図である。図９では、ユーザ操作部６の表示部６１に上述のような通知情報が表示された一例を示している。
【００６１】
表示部６１には、メンテナンス情報に基づくメンテナンス情報表示６０１とともに、メンテナンス作業での注意事項表示６０２が表示される。図９では、メンテナンス情報表示６０１として「メンテナンスの時期が近づいてきました。」、「予定時期：２０１０．２．２８  対象：脱硫部」「メンテナンスの期間中は運転が停止します。」とするような表示例が示されている。また、注意事項表示６０２として、「お湯切れ、電力不足に備え、２０１０．２．２８８：００よりメンテナンス前置処理を行います。」とするような表示例を示している。
【００６２】
すなわち、ユーザは、メンテナンス情報表示６０１によりメンテナンスに時期が近づいたことやその予定時期が把握できる。これとともに、ユーザは、メンテナンス作業には湯切れや電力不足の心配があり、湯切れなどに備えたメンテナンス前置処理が自動的に行われることも予め気づくことができる。このように、メンテナンス通知処理部５２７は、ユーザ操作部６がメンテナンス時期とともに、メンテナンスの前にメンテナンス前置処理が実行されることを通知する処理を実行する。このため、メンテナンス期間中の湯切れや電力不足の発生を回避するとともに、ユーザに対する利便性をより高めることができる。
【００６３】
このように、メンテナンス処理部５２は、メンテナンスに関する情報に基づいて、メンテナンスに先立ち、貯湯槽９で熱量を貯めるとともに、表示部６１等の通知部からメンテナンスに関する通知情報を出力するように制御する。
【００６４】
またユーザ操作部６に表示部６１を設けて通知する以外に、メンテナンス通知処理部５２７からの指令で、メンテナンス処理部５２が文字またはグラフィック情報を画像（静止画像や映像）に重ねて表示可能な画像出力を出力してもよい。すなわち、メンテナンス処理部５２は、ディスプレイが文字またはグラフィック情報を画像に重ねて表示可能な画像出力を出力可能であり、メンテナンスに関する情報に基づき、メンテナンスに先立ち、メンテナンスに関する通知情報を画像出力により出力する構成でもよい。
【００６５】
この画像出力はテレビ受信機に表示可能なものでも、インターネットを介してディスプレイが表示可能なものでもよい。すなわち、メンテナンス処理部５２は画像出力を、放送用信号として出力するか、またはインターネットを介して送る信号として出力してもよい。前者の場合、例えばビデオ信号としてセットトップボックスに出力し、通常の放送画面にスーパーインポーズさせて表示させる。後者の場合、コンピュータ用ディスプレイにポップアップウィンドウとして表示したり、携帯電話に配信するメールとして表示したりすることができる。
【００６６】
また、ユーザ操作部６を、実際にメンテナンス業者が行うメンテナンスの時期や期間、さらにメンテナンス業者が来る日時の遅延、延期、入力変更等の情報を入力できるように構成してもよい。これらの情報を、前述のようにインターネットを介してメンテナンス業者から入手できるように構成してもよい。これらの構成により、メンテナンス期間中の湯切れや電力不足の発生を回避することができるとともに、ユーザの利便性をより高めることができる。
【００６７】
また、メンテナンス業者がメンテナンスを行う際、表示部６１にメンテナンスのために装置を停止させることで湯切れを起こすまでの時間を通知させる機能をもたせることができる。この機能により、メンテナンス業者はメンテナンスに費やしてもよい時間の長さを知ることができ、メンテナンス時に安心して作業をすることができる。その通知機能として、表示部６１に時間そのものを表示させる、湯切れを起こす時間によって表示の色を変える、表示を点滅させる等が適用できる。
【００６８】
以上説明したように、実施の形態１、２の燃料電池システム７０、７０Ａ、７０Ｂは、水素ガスを燃料として発電する燃料電池３と、燃料電池３で発生する熱を貯める蓄熱部である貯湯槽９と、燃料電池システムのメンテナンスに関する処理を行うメンテナンス処理部５２を含む制御部５とを有する。そして、メンテナンス処理部５２は、メンテナンスに関する情報に基づいて、貯湯槽９で貯める熱量を制御する。このような構成により、メンテナンス処理部５２が、メンテナンスに関する情報に基づいて貯湯槽９で貯める熱量を制御する。これによって、メンテナンス作業前に、メンテナンス期間中に消費する熱量分以上の熱量を貯めておくことができる。したがって、メンテナンス期間中の湯切れの発生を回避でき、燃料電池システム７０、７０Ａ、７０Ｂのユーザに対する利便性を向上することができる。
【００６９】
なお、実施の形態１、２では、インバータ１０や蓄電部１１、分配器１２を燃料電池システムに含めて説明したが、これらを燃料電池システムから外し、給電制御システムの一部として構成してもよい。
【００７０】
また給電制御装置７４と制御部５の一部または全部を一体に構成してもよく、一部の機能を給電制御装置７４が有していてもよい。例えば、図６における分配器１２の制御を、メンテナンス処理部５２に代わって給電制御装置７４が行ってもよい。この場合、さらに給電制御装置７４は、蓄電部１１の残留蓄電量が第１値以下になった場合に、商用交流ライン７２の交流電力のみを出力するようスイッチ７６を制御するように構成すれば、蓄電部１１の過放電が抑制されるとともに、負荷７８へ電力を常に供給することができる。なお上記第１値として、例えば蓄電部１１の下限電圧に設定すればよい。あるいは蓄電部１１が複数の蓄電池で構成されている場合、各蓄電池の電圧をモニターしつつ、第１値を各蓄電池の下限電圧に設定して放電を制御すればよい。
【産業上の利用可能性】
【００７１】
本発明の燃料電池システムによれば、メンテナンス期間中の湯切れや電力不足の発生を回避でき、ユーザに対する利便性を向上することができる。そのため、本発明の燃料電池システムおよびそれを用いた給電制御システムは、特に家庭における熱や電力を供給できるシステムとして有用である。
【符号の説明】
【００７２】
２    燃料処理機
３    燃料電池
５    制御部
６    ユーザ操作部
７    熱交換機
９    貯湯槽
１０    インバータ
１１    蓄電部
１３    純水器
１５    水蒸気生成器
２１    脱硫部
２３    第１混合部
２５    改質部
２７    変成部
２９    選択酸化部
３１    第２混合部
３３    空気フィルタ
５１    運転処理部
５２    メンテナンス処理部
５３    ユーザ操作処理部
６１    表示部（通知部）
６２    キー入力部
６３    音声部（通知部）
７０，７０Ａ，７０Ｂ    燃料電池システム
７２    商用交流ライン
７４    給電制御装置
７６    スイッチ
７８    負荷
５２１    メンテナンス管理部
５２２    前置処理量算出部
５２３    メンテナンス前置処理部
５２４    運転情報収集部
５２５    メンテナンス時期予測部
５２７    メンテナンス通知処理部
【図１】
2011111336.tif 000007
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
2011111336.tif 000014
【図９】
2011111336.tif 000015
【手続補正書】
【提出日】平成23年9月1日(2011.9.1)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
水素ガスを燃料として発電する燃料電池と、
前記燃料電池で発生する熱を貯める蓄熱部と、を備えた燃料電池システムであって、
前記燃料電池システムのメンテナンスに関する処理を行うメンテナンス処理部を含む制御部をさらに備え、
前記メンテナンス処理部は、前記メンテナンスに関する情報に基づき、前記メンテナンスに先立って、前記メンテナンスの期間中に消費される熱量分以上の熱量を前記蓄熱部で貯めるように前記燃料電池システムを制御する、
燃料電池システム。
【請求項２】
前記メンテナンスに関する情報は、前記メンテナンスの時期を示すメンテナンス時期情報と、前記メンテナンスの所要時間を示すメンテナンス所要時間情報とを含み、
前記メンテナンス処理部は、
前記メンテナンス所要時間情報に基づき、前記メンテナンスの前記期間中に前記蓄熱部で貯める熱量を算出し、
前記メンテナンス時期情報に基づき、前記メンテナンスに先立って、算出した前記熱量を前記蓄熱部で貯めるように制御する前置処理を実行する、
請求項１記載の燃料電池システム。
【請求項３】
前記メンテナンス処理部は、前記燃料電池を運転動作させることによって、前記前置処理を実行する、
請求項２記載の燃料電池システム。
【請求項４】
前記蓄熱部は、熱を供給する熱供給部を有し、
前記メンテナンス処理部は、前記熱供給部を運転動作させることによって、前記前置処理を実行する、
請求項２記載の燃料電池システム。
【請求項５】
前記熱供給部は、ヒートポンプ、電気ヒータおよびガス燃焼器のいずれかである、
請求項４記載の燃料電池システム。
【請求項６】
前記メンテナンス処理部は、前記メンテナンスの期間中の消費熱量を予測処理により算出し、予測した前記消費熱量に基づき、前記前置処理における前記熱量を決定する、
請求項２記載の燃料電池システム。
【請求項７】
前記メンテナンス処理部は、算出した前記メンテナンスの期間中の前記消費熱量から、さらに前記消費熱量に相当する熱量を発生させるために要する運転時間を算出し、前記メンテナンスの時期のメンテナンス開始時刻から前記運転時間を逆算した時刻に、前記前置処理を開始する、
請求項６記載の燃料電池システム。
【請求項８】
前記メンテナンス処理部は、前記燃料電池の運転実績に基づく推定処理によりメンテナンスの時期を算出する、
請求項１記載の燃料電池システム。
【請求項９】
前記メンテナンス処理部は、前記燃料電池での原料ガスの使用量に基づく推定処理によりメンテナンスの時期を算出する、
請求項８記載の燃料電池システム。
【請求項１０】
前記メンテナンス処理部は、前記燃料電池での空気の使用量に基づく推定処理によりメンテナンスの時期を算出する、
請求項８記載の燃料電池システム。
【請求項１１】
前記メンテナンス処理部は、前記燃料電池での市水の使用量に基づく推定処理により前記メンテナンスの時期を算出する、
請求項８記載の燃料電池システム。
【請求項１２】
通知情報を通知する通知部をさらに備え、
前記メンテナンス処理部は、前記メンテナンスに関する情報に基づいて、前記メンテナンスに先立ち、前記蓄熱部で前記熱量を貯めるとともに、前記通知部から前記メンテナンスに関する前記通知情報を出力するように制御する、
請求項１記載の燃料電池システム。
【請求項１３】
前記メンテナンス処理部は、ディスプレイが文字またはグラフィック情報を画像に重ねて表示可能な画像出力を出力可能であり、
前記メンテナンス処理部は、前記メンテナンスに関する情報に基づき、前記メンテナンスに先立ち、前記メンテナンスに関する通知情報を前記画像出力により出力する、
請求項１記載の燃料電池システム。
【請求項１４】
前記メンテナンス処理部は前記画像出力を、放送用信号として出力するか、またはインターネットを介して送る信号として出力する、
請求項１３記載の燃料電池システム。
【請求項１５】
前記燃料電池の直流出力を交流出力に変換するインバータと、
前記燃料電池で発電した電力を蓄える蓄電部と、
前記燃料電池で発電した電力を前記蓄電部と前記インバータとに分配する分配器と、をさらに備え、
前記メンテナンス処理部は、前記メンテナンスに関する情報に基づき、前記メンテナンスに先立ち、前記メンテナンスの期間中に消費される電力量以上の電力量を前記蓄電部に蓄えるよう前記分配器を制御する、
請求項１記載の燃料電池システム。
【請求項１６】
原料を改質して水素ガスを発生させる燃料処理機をさらに備えた、
請求項１記載の燃料電池システム。
【請求項１７】
前記メンテナンス処理部は、前記燃料処理機のメンテナンスに関する処理を行う、
請求項１６記載の燃料電池システム。
【請求項１８】
請求項１記載の燃料電池システムと、
前記燃料電池の直流出力を交流出力に変換するインバータと、
前記インバータで変換された交流出力と商用交流ラインとを切り替えて交流電力を出力するスイッチと、
前記スイッチを制御する給電制御装置と、を備えた、
給電制御システム。
【請求項１９】
前記燃料電池で発電した電力を蓄える蓄電部と、
前記燃料電池で発電した電力を前記蓄電部と前記インバータとに分配する分配器と、をさらに備え、
前記給電制御装置は、前記メンテナンスに関する情報に基づき、前記メンテナンスに先立ち、前記メンテナンスの期間中に消費される電力量以上の電力量を前記蓄電部に蓄えるよう前記分配器を制御する、
請求項１８記載の給電制御システム。
【請求項２０】
前記給電制御装置は、前記蓄電部の残留蓄電量が第１値以下になった場合に、商用交流ラインの交流電力を出力するよう前記スイッチを制御する、
請求項１８記載の給電制御システム。
【国際調査報告】
2011111336.tif 000016
2011111336.tif 000017
2011111336.tif 000018
2011111336.tif 000019